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Python 外部函数调用库 ctypes 简介

Python开发者  · 公众号  · Python  · 2016-12-08 21:45

正文

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来源:Nisen 

链接:segmentfault.com/a/1190000007655060


参考资料


  • https://docs.python.org/2.7/library/ctypes.html

  • http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-pythonandc/


ctypes简介


一直对不同语言间的交互感兴趣,python和C语言又深有渊源,所以对python和c语言交互产生了兴趣。


最近了解了python提供的一个外部函数库 ctypes, 它提供了C语言兼容的几种数据类型,并且可以允许调用C编译好的库。


这里是阅读相关资料的一个记录,内容大部分来自官方文档。


数据类型


ctypes 提供了一些原始的C语言兼容的数据类型,参见下表,其中第一列是在ctypes库中定义的变量类型,第二列是C语言定义的变量类型,第三列是Python语言在不使用ctypes时定义的变量类型。




创建简单的ctypes类型如下:


>>> c_int()

c_long(0)

>>> c_char_p("Hello, World")

c_char_p('Hello, World')

>>> c_ushort(-3)

c_ushort(65533)

>>>


使用 .value 访问和改变值:


>>> i = c_int(42)

>>> print i

c_long(42)

>>> print i.value

42

>>> i.value = -99

>>> print i.value

-99

>>>


改变指针类型的变量值:


>>> s = "Hello, World"

>>> c_s = c_char_p(s)

>>> print c_s

c_char_p('Hello, World')

>>> c_s.value = "Hi, there"

>>> print c_s

c_char_p('Hi, there')

>>> print s                 # 一开始赋值的字符串并不会改变, 因为这里指针的实例改变的是指向的内存地址,不是直接改变内存里的内容

Hello, World

>>>


如果需要直接操作内存地址的数据类型:


>>> from ctypes import *

>>> p = create_string_buffer(3)      # create a 3 byte buffer, initialized to NUL bytes

>>> print sizeof(p), repr(p.raw)

3 '\x00\x00\x00'

>>> p = create_string_buffer("Hello")      # create a buffer containing a NUL terminated string

>>> print sizeof(p), repr(p.raw)          # .raw 访问内存里存储的内容

6 'Hello\x00'

>>> print repr(p.value)                   # .value 访问值

'Hello'

>>> p = create_string_buffer("Hello", 10)  # create a 10 byte buffer

>>> print sizeof(p), repr(p.raw)

10 'Hello\x00\x00\x00\x00\x00'

>>> p.value = "Hi"

>>> print sizeof(p), repr(p.raw)

10 'Hi\x00lo\x00\x00\x00\x00\x00'

>>>


下面的例子演示了使用C的数组和结构体:


>>> class POINT(Structure):                 # 定义一个结构,内含两个成员变量 x,y,均为 int 型

...     _fields_ = [("x", c_int),

...                 ("y", c_int)]

...

>>> point = POINT(2,5)                            # 定义一个 POINT 类型的变量,初始值为 x=2, y=5

>>> print point.x, point.y                     # 打印变量

2 5

>>> point = POINT(y=5)                                  # 重新定义一个 POINT 类型变量,x 取默认值

>>> print point.x, point.y                     # 打印变量

0 5

>>> POINT_ARRAY = POINT * 3                    # 定义 POINT_ARRAY 为 POINT 的数组类型

# 定义一个 POINT 数组,内含三个 POINT 变量

>>> pa = POINT_ARRAY(POINT(7, 7), POINT(8, 8), POINT(9, 9))

>>> for p in pa: print p.x, p.y                # 打印 POINT 数组中每个成员的值

...

7 7

8 8

9 9


创建指针实例


>>> from ctypes import *

>>> i = c_int(42)

>>> pi = pointer(i)

>>>

 

>>> pi.contents

c_long(42)

>>>


使用cast()类型转换


>>> class Bar(Structure):

...     _fields_ = [("count", c_int), ("values", POINTER(c_int))]

...

>>> bar = Bar()

>>> bar.values = (c_int * 3)(1, 2, 3)

>>> bar.count = 3

>>> for i in range(bar.count):

...     print bar.values[i]

...

1

2

3

>>>

 

 

>>> bar = Bar()

>>> bar.values = cast((c_byte * 4)(), POINTER(c_int))   # 这里转成需要的类型

>>> print bar.values[0]

0

>>>


类似于C语言定义函数时,会先定义返回类型,然后具体实现再定义,当遇到下面这种情况时,也需要这么干:


>>> class cell(Structure):

...     _fields_ = [("name", c_char_p),

...                 ("next", POINTER(cell))]

...

Traceback (most recent call last):

  File "", line 1, in ?

  File "", line 2, in cell

NameError: name 'cell' is not defined

>>>

 

# 不能调用自己,所以得像下面这样

>>> from ctypes import *

>>> class cell(Structure):

...     pass

...

>>> cell._fields_ = [("name", c_char_p),

...                  ("next", POINTER(cell))]

>>>


调用.so/.dll


可以简单地将”so”和”dll”理解成Linux和windows上动态链接库的指代,这里我们以Linux为例。注意,ctypes提供的接口会在不同系统上有出入,比如为了加载动态链接库, 在Linux上提供的是 cdll, 而在Windows上提供的是 windll 和 oledll 。


加载动态链接库


from ctypes import *

>>> cdll.LoadLibrary("libc.so.6")

CDLL 'libc.so.6', handle ... at ...>

>>> libc = CDLL("libc.so.6")

>>> libc

CDLL 'libc.so.6', handle ... at ...>

>>>


调用加载的函数


>>> print libc.time(None)

1150640792

>>> print hex(windll.kernel32.GetModuleHandleA(None))

0x1d000000

>>>


设置个性化参数


ctypes会寻找 _as_paramter_ 属性来用作调用函数的参数传入,这样就可以传入自己定义的类作为参数,示例如下:


>>> class Bottles(object):

...     def __init__(self, number):

...         self._as_parameter_ = number

...

>>> bottles = Bottles(42)

>>> printf("%d bottles of beer\n", bottles)

42 bottles of beer

19

>>>


指定函数需要参数类型和返回类型


用 argtypes 和 restype 来指定调用的函数返回类型。


>>> printf.argtypes = [c_char_p, c_char_p, c_int, c_double]

>>> printf("String '%s', Int %d, Double %fn", "Hi", 10, 2.2)

String 'Hi', Int 10, Double 2.200000

37

>>>

 

 

 

>>> strchr = libc.strchr

>>> strchr("abcdef", ord("d"))

8059983

>>> strchr.restype = c_char_p   # c_char_p is a pointer to a string

>>> strchr("abcdef", ord("d"))

'def'

>>> print strchr("abcdef", ord("x"))

None

>>>


这里我只是列出了 ctypes 最基础的部分,还有很多细节请参考官方文档。

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